Procesy geologiczne zachodzące na powierzchni Ziemi:
wietrzenie zachodzące pod wpływem czynników atmosferycznych
grawitacyjne ruch masowe
erozja, mechaniczne niszczenie podłoża materiałem transportowanym przez wodę, wiatr, lodowiec
transport, czyli przenoszenie produktów niszczenia innych skał
akumulacja czyli osadzanie materiału skalnego
Geomorfologia – to nauka dotycząca ukształtowania powierzchni terenu, form terenu ich powstawania i przekształcania.
WIETRZENIE – to proces geologiczny prowadzący do rozpadu i rozkładu skał litych i przekształcanie ich w skały luźne zwane zwietrzeliną.
Wyróżniamy następujące rodzaje wietrzenia:
fizyczne, mechaniczne
chemiczne
biologiczne
Wszystkie rodzaje wietrzenia zachodzą równocześnie, ale odmiennie w różnych strefach klimatycznych.
Wietrzenie fizyczne: to rozpad skał bez zmiany jej składu chemicznego. Najczęściej tam gdzie brak roślinności, przy częstych zmianach temperatury i wilgoci. Powstają wówczas pokrywy gruzowe, czyli piargi. W zależności od czynnika wywołującego rozpad wyróżniamy: a) wietrzenie mrozowe b) wietrzenie insolacyjne c) wietrzenie solne d) ilaste
wietrzenie mrozowe: zamróz, kongelacja to rozpad skał pod wpływem zamarzającej w szczelinach skalnych wody. Woda zamarza, zwiększa objętość i rozsadza skałę. Ten typ wietrzenia przeważa i najintensywniej zachodzi gdy temperatura powietrza oscyluje wokół 0. Produkt wietrzenia to różnej wielkości ostre odłamki skalne. To tzw. gruz. W górach powstają rumowiska skale – piargi, gołoborza. Produktem wietrzenia tego rodzaju może być pył, gdy woda zamarza w mikroszczelinach piasku. Najsilniejszemu wietrzeniu pod wpływem mrozu ulegają te skały, które łatwo nasiąkają wodą np. porowate piaskowce.
wietrzenie insolacyjne: termiczne, w tym typie wietrzenia przyczyną rozpadu skał są zmiany jej temperatury. Jest to charakterystyczne wietrzenie dla klimatów gorących i suchych o dużych amplitudach dobowych temperatury. Im większe są wahania temperatury, tym szybsze są procesy rozpadu skał. Zmiany temperatury prowadzą do rozszerzania i kurczenia minerałów z których zbudowane są skały. Wietrzenie to może występować w dwóch formach: 1- rozpad ziarnisty, 2- łuszczenie się skał. Rozpad ziarnisty zachodzi w skałach, w których minerały mają różną rozszerzalność cieplną. Następuje wówczas nierównomierne rozszerzanie i kurczenie się minerałów. Powoduje to rozpad skały na drobne ziarna. Łuszczenie się skały – wietrzenie skorupkowe polega na odrywaniu się przypowierzchniowej warstwy skały, która jest najbardziej narażona na zmiany temperatury. Szczegółowe badania wykazały, że przy wietrzeniu insolacyjnym niezbędna jest obecność wody.
wietrzenie solne (eskudacja) – zachodzi w klimatach gorących i suchych. Sól krystalizuje w szczelinach skalnych zwiększa swoją objętość co może prowadzić do rozpadu skały. Sole krystalizujące na powierzchni gruntu tworzą różnego rodzaju polewy i skorupy zwane lakierem pustynnym.
wietrzenie ilaste (deflokulacja) – zachodzi pod wpływem nasiąkania wodą skał ilastych. Są to skały osadowe okruchowe. Okruchy te są bardzo małe. Skały ilaste pod wpływem wody pęcznieją. Wyparowywanie wody jest przyczyną ich kurczenia się i powstawania szczelin.
Materiał zwietrzelinowy jest usuwany także przez wodę i wiatr, odsłaniana jest świeża powierzchnia skały ponownie narażona na wietrzenia.
Wietrzenie chemiczne: prowadzi do rozkładu skały połączonego ze zmianą składu chemicznego minerałów, z których zbudowana jest skała. Warunkiem niezbędnym jest woda opadowa. Głównymi czynnikami powodującymi wietrzenie chemiczne skał są: woda, dwutlenek węgla, tlen. Wietrzenie chemiczne może sięgać do znacznych głębokości. Najsilniej i najgłębiej działa w gorących wilgotnych klimatach, gdzie miąższość warstwy zwietrzałej może przekroczyć 100m. W naszym klimacie wietrzenie chemiczne sięga do kilku a czasem do kilkunastu metrów, granicę jego działalności staje się zwykle poziom wód gruntowych.
Pod wpływem wody w skałach zachodzą reakcje chemiczne prowadzące do ich rozkładu. Jeśli woda jest bogata w dwutlenek węgla to zwiększa się jej zdolność rozpuszczania niektórych składników skał. Rozpuszcza wówczas węglan wapnia, magnezu, żelaza lub rozkłada krzemiany i glinokrzemiany.
Reakcje chemiczne prowadzące do rozkładu skał:
rozpuszczanie (solucja) – niektóre ze skał rozpuszczają się całkowicie (chlorki, gipsy, wapienie, dolomity) inne ulegają częściowemu rozpuszczaniu (margle, piaskowce których spoiwem jest węglan wapnia),
hydroliza – rozkład minerałów na część zasadową i kwaśną. Rozkład skaleni prowadzący do kaolinizacji i laterytyzacji. W warunkach klimatu gorącego wilgotnego skalenie pod wpływem wody i dwutlenku węgla przeobrażają się w kaolinit. KAOLINITYZACJA, proces polegający na przemianie minerałów (zwł. krzemianów, np. skaleni) w kaolinit. Natomiast w klimacie gorącym okresowo suchym skały zawierające skalenie tworzą czasowe zwietrzeliny laterytowe o dużej zawartości wodorotlenku glinu i żelaza. Gleby laterytowe.
Uwodnienie (hydracja) – przemiana minerałów bezwodnych w słabo uwodnione np. przemiana anhydrytu w gips lub hematytu w limonit.
Uwęglanowienie (karbonatyzacja) – przekształcanie minerałów w węglany, temu procesowi podlegają głównie krzemiany i glinokrzemiany
Utlenianie (oksydacja) – reakcja łączenia się minerałów z tlenem np. zamiana siarczków na siarczany, magnetytu na heamtyt.
Wietrzenie biologiczne: to rozpad i rozkład skały pod wpływem bezpośredniego lub pośredniego działania organizmów żywych.
mechaniczne oddziaływanie korzeni roślin (szczególnie drzew) wciskających się w szczeliny skalne
chemiczne oddziaływanie różnych substancji będących wynikiem funkcji życiowych roślin i zwierząt ( odchody, kwasy organiczne)
bezpośrednie i pośrednie oddziaływanie zwierząt ryjących: pośrednie polega na przedostawaniu się wody przez nory i korytarze zwierząt ryjących, wzmaga się w ten sposób wietrzenie chemiczne
działanie bakterii: przykładem jest przemiana gipsu w siarkę pod wpływem bakterii beztlenowych.
Wietrzenie skał jest punktem wyjścia do dalszych niszczących procesów egzogenicznych. Wszystkie procesy prowadzące do niszczenia powierzchni Ziemi określane są mianem denudacji.
Działalność wiatru:
niszcząca polega na wywiewaniu (deflacja) albo zdzieraniu, nadgryzanie, szlifowanie i polerowanie (korazja),
transportująca – przejawiająca się w przenoszeniu okruchów skalnych często o znacznych rozmiarach,
akumulacja – związana z gromadzeniem materiału
Wiatr to jeden z najważniejszych czynników kształtujących rzeźbę terenu na obszarach suchych i półsuchych.
Rzeźba powstała w wyniku działania wiatru to rzeźba eoliczna (Eol – w mitologii greckiej to władca wiatrów).
Obszary pustynne są zazwyczaj bez roślinności, wiatr może bez większych przeszkód przenosić mniejsze lub większe okruchy skalne. Niszcząca działalność wiatru może przejawiać się jako deflacja tzw. wywiewanie. Deflacja trwa do momentu gdy cały drobny materiał zostanie wywiany. Pozostałe na miejscu większe okruchy skalne noszą nazwę bruku pustynnego.
Zagłębienia terenu powstałe w miejscu wywiewanego materiału to rynny lub musy deflacyjne.
Korazja lub erozja eoliczna:
Jest to niszczenie powierzchni skały okruchami skalnymi niesionymi przez wiatr. Powstaja wówczas formy korazyjne takie jak:
wygłady wiatrowe: powierzchnia skały litej zostaje wygładzona przez drobny materiał skalny
graniaki: sa to kamienie, których powierzchnia jest oszlifowana wskutek korazji. Najpierw szlifowana jest jedna powierzchnia. Po zmianie ułożenia kamienia mogą powstać następne oszlifowane powierzchnie,
grzyby skalne: formy skalne w kształcie grzyba intensywnie niszczone u swej podstawy. Podstawa grzyba jest bardziej niszczona przez korazję, ponieważ większość materiału skalnego jest niesiona przez wiatr tuż nad gruntem,
nisze korazyjne: wyraźne zagłębienia u podstawy ścian skalnych, powstaje na tej samej zasadzie co grzyb skalny.
Najbardziej charakterystyczne formy terenu powstałymi wskutek akumulacji eolicznej są wydmy. Strona dowietrzna wydmy jest łagodna (nachylona pod kątem 3-10 stopni). Wiatr przesypuje piasek na stronę zawietrzną. Stok zawietrzny jest nachylony pod większym kątem około 30 stopni.
Większość wydm ma kształt półksiężyca lub wału. W zależności od kształtu wyróżniamy:
barchan: wydma w kształcie półksiężyca charakterystyczna dla obszarów suchych. Ułożenie rogów jest zgodne kierunkiem wiania wiatru. Dzieje się tak bo po bokach jest mniej piasku niż w części środkowej i boki wydmy szybciej się przemieszczają,
wydma paraboliczna: ma kształt asymetrycznego półksiężyca, lecz jego rogi są skierowane w stronę przeciwną niż w barchanie. Jest to wydma występująca w warunkach bardziej wilgotnych. Jest to wydma występująca w warunkach bardziej wilgotnych. Rogi wydmy są bardziej wilgotne, lub są porośnięte roślinnością. Dlatego pozostają w tyle za środkową częścią wydmy, która przemieszcza się swobodnie,
wydma wałowa podłużna: występuje na obszarach suchych, powstaje poprzez połączenie barchanów. Barchany są ułożone jeden za drugim. Tworzy się wówczas podłużny wał równoległy do kierunku wiatru,
wydma wałowa poprzeczna: ma kształt wału prostopadłego do kierunku wiania wiatru, może powstać wtedy gdy barchany lub wydmy paraboliczne łączą się ze sobą ramionami.
W wyniku akumulacji eolicznej powstają również pokrywy lessowe. Less jest zwięzłą skałą osadową, okruchową zbudowaną z pyłu – głównie kwarcowego. Pył ten wytworzył się na przedpolu lodowca gdzie miło miejsce intensywne wietrzenie mrozowe.
Pustynie:
Na Ziemi występują pustynie w strefie zwrotnikowej oraz we wnętrzach wielkich kontynentów w warunkach klimatu umiarkowanego i podzwrotnikowego.
pustynia skalista: w północnej Afrykce to hamada, na jej powierzchni znajduje się wygładzona lita skała,
pustynia kamienista: jest usłana różnego rodzaju odłamkami skalnymi często pokrytymi „lakierem pustynnym”. Drobniejszy materiał został wywiany przez wiatr,
pustynia żwirowa: jest pokryta żwirem, w północnej Afryce i na Półwyspie Arabskim – serir, znaczna część Sahary, Australia,
pustynia piaszczysta: z różnorodnymi formami piaszczystych wydm – erg. Wielki Erg Zachodni i Wschodni na Saharze, pustynie Australijskie (Wiktorii, Piaszczysta), Kra-Kum, Kuzył-Kum, Atacama,
pustynia ilasta: pokryta twardym spękanym iłem, często zasolonym. Prawie zawsze stanowi dno okresowego słonego jeziora tzw. szottu. Ten typ pustyni ma miejscowe nazwy: Takyr – Azja Centralna, Kewir – Iran, Playa – USA, Sebha – Afryka Północna
Rzeźba krasowa:
Niektóre skały ulegają powolnemu rozpuszczaniu pod wpływem wody podziemnej i powierzchniowej. Rozwija się w nich bardzo charakterystyczna rzeźba krasowa. Nazwa pochodzi od Wyżyny Kras w Słowenii czasami podaje się iż termin kras pochodzi od nazwy płaskowyżu w Górach Dynarskich, gdzie takie zjawiska występują w klasycznej formie.
Skały podlegające procesom krasowym to sole, wapień, kreda, gips i dolomit. Rozpuszczająca działalność wód powierzchniowych i podziemnych przyczynia się do powstania charakterystycznych form krasowych.
Ponieważ skały wymienione wyżej zawierają zazwyczaj bardzo dużo szczelin, to wody opadowe wzbogacone w dwutlenek węgla i płynące po powierzchni dostają się w głąb i dzięki temu powstają różnorodne formy zarówno na powierzchni jak i pod ziemią. Procesy rozpuszczania skał to procesy krasowe lub krasowienie.
Najbardziej rozpowszechnionymi skałami ulegającymi krasowieniu są wapienie. Zawarty w nich węglan wapnia (CaCo3) rozpuszcza się w wodzie zawierającej CO2. Wody opadowe pobierają ten gaz z atmosfery, a wsiąkając w głąb wzbogacają się w glebie w dwutlenek węgla pochodzący z korzeni roślin i gnijących resztek organicznych. W wyniku procesów krasowych powstaje charakterystyczny zespół form rzeźby:
Formy krasu zewnętrznego:
żłobki (bruzdy) i żebra krasowe – równolegle do siebie ułożone wytwory wody deszczowej spływającej po pochyłych powierzchniach i tworzącej bruzdy (żłobki) o głębokości od kilku do kilkunastu centymetrów i takiej szerokości, oddzielone są od siebie żebrami krasowymi o ostrych lub zaokrąglonych kształtach. Bruzdy, żłobki mogą osiągać głębokość do 2 metrów,]
lejki krasowe: stożkowe lub miskowate zagłębienia o średnicy od 2 do kilkuset metrów, powstające w wyniku rozpuszczenia skał wapiennych przez wody, najczęściej wpadające w szczeliny, powstają także w wyniku zapadnięcia jaskiń. Określane są również jako lejkowate zagłębienia tworzące się na powierzchni w miejscu poszczelinionym. Poprzez połączenie się kilku lejków krasowych tworzą się uwały,
polja: bardzo duże (do 4000 km 2) i głębokie (do 800 m.) obniżenia, zagłębienia o kształcie podobnym do kotliny i wyrównanym dnie, powstają z połączenia dużej ilości lejów i uwałów, których grzędy zostały całkowicie rozmyte, zazwyczaj powstają jako całkowite zniszczenie krasowiejących skał aż do poziomu wody gruntowej,
mogoty: ostańcowe skałki przybierające różne kształty: baszty, iglice, maczugi. Wznoszą się ponad zrównaną powierzchnię na obszarach krasowych i świadczą o dawnym zasięgu skał,
jary krasowe: głębokie doliny o bardzo stromych, często pionowych zboczach. U wylotu tych dolin często powstaje zwężenie o pionowych ścianach, tzw. brama
Formy krasu podziemnego:
jaskinie, groty, pieczary: wolne przestrzenie występujące w głębi ziemi, o znacznych rozmiarach, często połączone podziemnymi korytarzami w cały system, powstają i rozrastają się wzdłuż szczelin pionowych i poziomych a największe rozmiary osiągają w miejscach krzyżowania się szczelin lub pod wpływem działalności wód podziemnych rzek. Najdłuższą jaskinią świata jest Jaskinia Mamucia w USA – łączna długość jej korytarzy to 500 km. W Polsce najdłuższe jaskinie znajdują się w Tatrach i mają ponad 9 km długości, są to Wysoka - Za Siedmioma Progami, Miętusia, Wielka Śnieżna. Jaskinia, która ma tylko jedno wyjście nazywana jest grotą jaskiniową. Jaskinie można jeszcze podzielić na jaskinie szczelinowe – powstałe na skutek poszerzenia szczelin przez wody podziemne oraz przez procesy grawitacyjne (jaskinie małe), jaskinie przepływowe – powstałe na skutek przepływu wód podziemnych pod ciśnieniem,
studnie, kominy krasowe: poszerzone przez wody opadowe pionowe szczeliny, o średnicy od kilku do kilkunastu metrów, kominy różnią się od studni mniej regularnym otworem, a ich szerokość wzrasta wraz z głębokością,
ponory: otwory, w których ginie woda płynąca, a następnie wykorzystując sieć kanałów płynie wiele kilometrów pod ziemią, są to miejsca wpływu wód powierzchniowych w podziemnych korytarzach,
wywierzyska: otwory wyprowadzające na powierzchnię wody podziemne, często te, które zostały pochłonięte przez ponory, są to bardzo obfite źródła krasowe,
syfony jaskiniowe: odcinki korytarza jaskiniowego całkowicie wypełnione wodą.
Formy akumulacyjne w jaskiniach, powstają wskutek wytrącania się węglanu wapnia tworząc szatę naciekową:
stalaktyty (sopleńce) – nacieki rosnące w dół, powstałe u wylotu szczelin stropowych
stalagmity – nacieki rosnące do góry, zbudowane z węglanu wapnia, pozostałego w kroplach wody, spadających ze stalaktytów,
slalagnaty (kolumny jaskiniowe) – powstają w wyniku połączenia się stalaktytu ze stalagmitem,
drapienie naciekowe – nacieki o różnych kształtach, przypominających najczęściej sałony lub firany
Rzeki w obszarach wapiennych charakteryzują się:
mała ilość, bo wody giną w szczelinach skalnych,
ponor – miejsce, gdzie rzeka (potok) ginie w szczelinach skalnych,
wywierzysko – miejsce gdzie wypływają wody krasowe na powierzchnię
Do najlepiej znanych obszarów krasowych na Świecie i w Europie należą:
W Europie: Masyw Czeski, na Morawach i w Słowacji, wschodnie Alpy, Góry Dynarskie głównie na obszarze Dalmacji, Góry Jura, Masyw Centralny we Francji, Ural
W Azji: południowo-wschodnia Syberia, Kaukaz, Chiny, Indie, Jawa.
W Afryce w północno-zachodniej części. W Ameryce głównie w Kordylierach, Kuba, Brazylia i Wenezuela.
W Polsce zjawiska krasowe występują: Wyżyna Krakowsko-Częstochowska (ponad 1000 jaskiń), Góry Świętokrzyskie, Tatry Zachodnie (500 jaskiń), Sudety, oraz kras gipsowy w Niecce Nidziańskiej koło Buska Zdroju, na Wyżynie Lubelskiej na Pojezierzu Łęczyńsko-Włodawskim mamy przykład jezior krasowych.
Grawitacyjne ruchy masowe:
Nagromadzona zwietrzelina może przemieszczać się w dół stoku pod wpływem wielu czynników, jednym z nich jest siła ciężkości.
Ruchami masowymi nazywa się proces przemieszczania się pokrywy zwietrzelinowej na stoku pod wpływem siły ciężkości. Ruchami masowymi może być objęta nie tylko pokrywa zwietrzelinowa ale i powierzchniowa warstwa skał litych.
Do ruchów masowych zalicza się: opadanie cząstek skalnych, obrywanie się mas skalnych, osuwanie się zwietrzeliny oraz jej spełzywanie.
Zjawiska te są przejawem odwiecznego naturalnego procesu niszczenia i zrównywania wszystkiego, co na powierzchni Ziemi zostało otworzone przez siły wewnętrzne. Występują one najczęściej w górach, ale nie tylko. Przyczyną powstawania zjawisk osuwiskowych jest zawsze zachwianie mechanicznej równowagi zbocza górskiego. Naruszenie równowagi mechanicznej stoku może mieć wiele przyczyn: mogą to być wstrząsy sejsmiczne lub działalność gospodarcza człowieka niszcząca dolne fragmenty stoku ( eksploatacja kamieniołomów, budowa tras komunikacyjnych i zapór wodnych). Jednak najwiekszym wrogiem stoków górskich jest woda: każda zmiana systemu krążenia wód podziemnych ogromnie zwiększa zagrożenie osuwiskami. Uaktywnienie procesów osuwiskowych powodują bardzo często długotrwałe opady. Rozmiary procesów osuwiskowych zależą od:
nachylenia i skał budujących stoki,
układu warstw skalnych.
Jeżeli nachylenie stoków jest duże, ułożenie warstw skalnych zgodne z nachyleniem, a skały budujące stoki są miękkie – powstaje idealna sytuacja do tworzenia się osuwisk.
spełzywanie (pełzanie) – jest przemieszczaniem bardzo wolnym, występuje na stokach o niewielkim nachyleniu. Czynnikiem, który wzmaga proces spełzywania jest nasączenie zwietrzeliny wodą. W naszych warunkach klimatycznych zachodzi on głównie na stokach zadarnionych. Ruch ten nie jest widoczny „gołym okiem”. Można zauważyć jego efekty – przechylone drzewa, pochylone słupy itp. W klimacie gorącym wilgotnym, gdzie pokrywy zwoetrzelinowe są złożone z drobnego materiału i są bardzo grube, proces pełznięcia nazywany jest cieczeniem. W klimatach zimnych procesowi spełzywania podlega powierzchniowa, rozmarznieta warstwa zwietrzeliny. Ten rodzaj pełzania nazywany jest soliflukcją,
osuwanie – stosunkowo szybki proces zsunięcia się zwietrzeliny lub mas skalnych po stoku. Przebiega z prędkością od kilku do kilkudziesięciu metrów na sekundę. Czynnikami sprzyjającymi osuwaniu są:
nasączenie zwietrzeliny lub powierzchniowej warstwy skał przez wodę ( najczęściej po długotrwałych opadach), co powoduje zwiększenie ich ciężaru,
odpowiedni układ warstw skalnych, tzn. warstwy skalne nachylone w tym samym kierunku co stok,
naruszenie równowagi stoku przez czynniki naturalne ( podcięcie stoku przez rzekę, morze) i antropogeniczne ( podcięcie stoku przy budowie drogi, lokalizacja ciężkiego budynku na stoku).
Rezultatem osuwania jest powstanie formy terenu – osuwiska. W górnej części stoku powstaje nisza osuwiskowa. W dolnej części gromadzący się materiał tworzy tzw. jęzor osuwiskowy. W zależności od materiału, który uległ osuwaniu, osuwiska dzieli się na; skalne, ziemne, zwietrzelinowe i mieszane.
W klimatach suchych lub półsuchych, gdzie gromadzi się wiele zwietrzeliny, a sporadyczne opady są bardzo ulewne, po nasączeniu zwietrzeliny wodą dochodzi do katastrofalnych spływów błotnych.
odpadanie – występuje na ścianach skalnych i stromych stokach. Polega na odrywaniu się od litej skały i spadaniu w dół odłamków skalnych. Duże znaczenie ma w tym przypadku wietrzenie mrozowe. Spadające po stoku odłamki skalne żłobią podłużne rynny zwane żlebami. Materiał skalny gromadzi się w dolnej części oraz u wylotu żlebu w formie stożka usypiskowego, w Tatrach nazywanego piargiem. Odłamki skalne mogą również przemieszczać się w żlebie jako lawiny błotno-gruzowe lub śnieżno-gruzowe.
obrywanie – również występuje ma stromych stokach i polega na nagłym oderwaniu się i runięciu w dół wielkich mas skalnych. Najczęściej przyjmuje formę lawiny kamiennej. Miejsce oderwania mas skalnych nosi nazwę obrywu. U podnóża stoku powstaje bezwładne głazowisko. Przykładem są Wantule w Dolinie Miętusiej w Tatrach.
W Polsce zjawiska osuwiskowe występują najczęściej w Beskidach. Tendencje do osuwisk występują w sąsiedztwie zapór wodnych w Rożnowie, Czchowie, Porąbce, Tresnej, Solinie. Na Niżu Polskim procesami osuwiskowymi zagrożone są strome zbocza dolin rzecznych w Płocku, Warszawie, Toruniu, Włocławku. Osuwiska powodują również fale morskie. Najsilniej cofają się na skutek osuwisk i obrywów brzegi Bałtyku w okolicach Wolina i Kamiennej Góry. W miejscowości Trzęsacz zachowały się jedynie resztki gotyckiego kościoła, który w XII wieku był jeszcze około 2000 metrów od brzegu.